2023绿色算力技术白皮书

绿色算力技术白皮书ODCC-2023-0500K 1 [编号ODCC-2023-0500K] 绿色算力技术白皮书 （2023年） 开放数据中心委员会2023-11发布 绿色算力技术白皮书ODCC-2023-0500K 版权声明 ODCC（开放数据中心委员会）发布的各项成果，受《著作权法》保护，编制单位共同享有著作权。 转载、摘编或利用其它方式使用ODCC成果中的文字或者观点的，应注明来源：“开放数据中心委员会ODCC”。 对于未经著作权人书面同意而实施的剽窃、复制、修改、销售、改编、汇编和翻译出版等侵权行为，ODCC及有关单位将追究其法律责任，感谢各单位的配合与支持。 I 绿色算力技术白皮书ODCC-2023-0500K 编写组 项目经理： 张一星中国信息通信研究院杨硕中国信息通信研究院 工作组长： 郭亮中国信息通信研究院贡献专家： 王月中国信息通信研究院 张磊中国电信集团有限公司 曹恺蚂蚁科技集团股份有限公司彭晋蚂蚁科技集团股份有限公司黄挺蚂蚁科技集团股份有限公司季雨洁蚂蚁科技集团股份有限公司孙曦蚂蚁科技集团股份有限公司徐明灼蚂蚁科技集团股份有限公司 杨豫京宁畅信息技术（杭州）有限公司李素红宁畅信息技术（杭州）有限公司王海岩宁畅信息技术（杭州）有限公司赵雷宁畅信息技术（杭州）有限公司陈光联想（北京）信息技术有限公司崔吉顺联想（北京）信息技术有限公司郝京阳联想（北京）信息技术有限公司司晓霞联想（北京）信息技术有限公司周弘立新华三技术有限公司 汪新新新华三技术有限公司 II 绿色算力技术白皮书ODCC-2023-0500K 前言 随着我国产业结构持续优化升级，算力已成为推动各领域数字化、智能化转型的重要基石。算力是数字经济时代集信息计算力、网络运载力、数据存储力于一体的关键生产力，为推动数字中国建设提供了有力支撑。2020年9月我国正式提出“双碳”战略目标以来，绿色低碳、节能环保成为各产业布局的底层逻辑，经济社会对生产、应用和消费绿色算力提出明确诉求。 技术创新是算力发展的根本。当前，算力产业正以绿色发展为主攻方向，推进基础设施全生命周期绿色设计，围绕计算、存储、网络等核心环节加强产业技术攻关，加大算力服务研发力度挖掘高效无感应用潜力。伴随产业链上下游各方的共同协作与融合发展， 绿色算力在新技术、新产品、新解决方案的落地应用上取得了积极进展。 为梳理绿色算力技术创新发展态势，推动我国算力产业绿色高质量发展，本《白皮书》从算力供需视角出发，提出了绿色算力的内涵定义，总结了绿色算力的属性特征和发展演进阶段。聚焦算力设施、算力设备、算力平台等层次的绿色技术发展态势，分析算力赋能行业绿色发展的典型应用场景，总结我国绿色算力发展面临的挑战，并提出对应建议。 III 绿色算力技术白皮书ODCC-2023-0500K 绿色算力相关技术、产业正处于高速发展阶段，我们必须不断创新，持续探索，才能为发展高效、节能、低污染、科学集约的绿色算力奠定坚实的基础。期待本《白皮书》能为大家带来启示，为推动绿色算力革命贡献一份力量。 由于时间仓促，水平所限，错误和不足之处在所难免，欢迎各位读者批评指正。如有意见或建议请联系编写组。 IV 绿色算力技术白皮书ODCC-2023-0500K 目录 版权声明I 编写组II 前言III 一、绿色算力发展态势1 （一）绿色算力定义内涵1 （二）绿色算力属性特征4 （三）绿色算力发展演进7 二、算力设施的绿色技术发展态势10 （一）绿电消费比例稳步提升，电能传输效率有效提高10 （二）储能部署方式多元可靠，储能设备环境友好效率高11 （三）自然冷却技术快速发展，液冷技术进入全面普及阶段13 三、算力设备的绿色技术发展态势17 （一）服务器硬件节能方向广泛，动态能耗管理智能化发展17 （二）先进存储大幅削减能源消耗，数据软件技术有效提升存储效率20 （三）网络传输设备向无损化发展，智能弹性网络进一步增强传输效率.23 四、算力平台的绿色技术发展态势25 （一）算力资源调度全局化，促进低碳算力选择应用25 （二）平台产品开发智能化，实现算力资源高效利用28 （三）能效监控指标多元化，深度融合人工智能技术32 五、实现算力赋能绿色35 （一）绿色算力加速科研技术革命35 （二）绿色算力赋能产业节能低碳36 V 绿色算力技术白皮书ODCC-2023-0500K （三）绿色算力构建社会治理新格局38 六、绿色算力发展的挑战与建议41 （一）加强绿色算力政策保障41 （二）夯实绿色能源底座支撑41 （三）巩固绿色设备技术创新42 （四）聚焦绿色平台能力建设43 （五）深入挖掘应用场景价值44 VI 绿色算力技术白皮书ODCC-2023-0500K 图目录 图1绿色算力框架图3 图2绿色算力属性特征4 图3绿色算力发展演进阶段7 VII 绿色算力技术白皮书ODCC-2023-0500K 绿色算力技术白皮书 一、绿色算力发展态势 （一）绿色算力定义内涵 随着数字经济快速发展，我国产业结构持续优化升级，传统产业增效提质，新兴产业加速布局，算力底座的重要性日益凸显，并成为推动各行业数字化升级的关键要素。在国家“碳达峰、碳中和”战略目标的引领下，高效利用资源，减少能源消耗，降低碳排放和污染物排放，推动算力绿色发展成为了时代需求和行业共识。 政策上看，算力绿色发展的关注重点正逐步从聚焦数据中心规划、选址、布局绿色，过渡到实现产业用能、生产和应用的全链条绿色。早在2013年1月，工信部等部门印发了《关于数据中心建设 布局的指导意见》，提出要充分考虑资源环境条件，推进“绿色数据中心”建设。随着我国数字经济蓬勃发展，算力产业规模快速增 长，以数据中心为代表的算力基础设施整体能耗和碳排放问题越发 突出，用能环节节能减排成为必然。2020年12月，发改委出台《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》提出 要探索电力网和数据网联动建设、协同运行机制。2021年7月，工信部出台《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》鼓励 企业探索建设分布式光伏发电、燃气分布式供能等配套系统，引导 新型数据中心向新能源发电侧建设，就地消纳新能源。在“双碳”战略提出后，国家强调要坚持把节约资源贯穿于经济社会发展全过 1 绿色算力技术白皮书ODCC-2023-0500K 程、各领域。2021年9月，国务院发布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出要加快构建清洁低碳安全高效能源体系，提升数据中心等信息化基础设施能效水平。2021年12月，国家发改委等四部门发布《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》提出要发挥市场主体作用，强化标准引领，引入竞争机制、激励机 制和成本倒逼机制，促进全产业链绿色低碳发展。2023年10月，工信部等六部门联合出台《算力基础设施高质量发展行动计划》提出要推进算力应用全产业链节能减排。 产业上看，算力市场规模稳步增长，算力市场主体日益丰富，坚持绿色发展是实现高质量发展的必然要求。随着算力应用场景不断拓展，算力需求愈发旺盛，截至2023年6月底，全国在用数据中 心机架总规模超过760万标准机架，我国算力总规模达到197EFLOPS，算力总规模近五年年均增速近30%。算力产业生态主体日益丰富，以中国电信、中国移动等为代表的基础电信运营商，和以世纪互联、秦淮数据等为代表的第三方数据中心运营商，依靠建设起步早的先发优势已在本土持有大规模数据中心资源；我国传统工业企业，如国家电网、南方电网、中石油、中石化等也开始积极推动算力基础设施建设，为企业数字化转型提供支撑；阿里巴巴、腾讯、百度等互联网厂商借助平台优势，全面应用自研核心技术自建云计算、智算数据中心；随着芯片、服务器在人工智能、云计算和数据中心等领域发挥着越来越重要的作用，国内算力设备头部厂家，如华为、 2 绿色算力技术白皮书ODCC-2023-0500K 联想、新华三等在硬件算力方面不断进行技术创新与突破。算力产业具有产业链长、参与主体多、应用范围广泛等特点，从能源资源角度出发，算力产业各环节发展均受到资源要素和环境压力的制约；从技术发展角度出发，算力产业发展需要底层硬件、核心算法和平台软件等多方面技术的支持。“双碳”战略为我国绿色低碳创新发展带来了空前重要的历史机遇，我国算力产业应充分吸收和借鉴国内外成功经验和做法，一方面是要更加注重可持续发展，用能上从煤炭、石油等传统化石能源向太阳能、风能、氢能等绿色可再生能 源转变，材料使用上向集约节约、质量效益好的新材料转变；另一 方面是要加强技术创新，算力涉及诸多学科和领域，包括计算机科学、数学、物理学、工程学等，要充分发挥技术在产业要素配置上的重要作用，将技术创新作为算力绿色发展的突破口，以绿色算力为基石助力经济高质量发展。 来源：中国信息通信研究院 图1绿色算力框架图 3 绿色算力技术白皮书ODCC-2023-0500K 算力绿色低碳发展，是国家战略之所需也是行业发展之必然，未来算力将朝着高效、节能、低污染、科学集约等方向持续发力。绿色算力是把环境资源作为算力产生的关键要素，把生产过程“绿色化”作为绿色算力的主要内容，把应用结果“绿色化”作为绿色算力的更高追求，自下而上实现算力在算力设施、算力设备、算力平台和算力应用全体系绿色化的研究领域。绿色算力的目的是打通 算力供需通路，完成算力产业用能转型、生产高效、应用和需求场景相匹配。随着绿色算力理念在各层面的深化和实践，绿色算力技术的不断创新和进步，绿色算力正日益广泛地应用于各产业的数字化发展与实践，我国绿色算力体系正不断发展与完善，并逐步形成规模效益。 （二）绿色算力属性特征 来源：中国信息通信研究院 图2绿色算力属性特征 4 绿色算力技术白皮书ODCC-2023-0500K 全局性。算力与绿色低碳的深度融合发展，既需要财政、税收、金融、人事等各体系协同联动、支持配合，又需要产业内各领域间优势互补、汇聚合力。算力覆盖产业广泛多元，进一步深化发展绿色低碳技术，需要巨大的资金支持，要靠国家财税政策引导和绿色金融相关产品推动，多管齐下促使投资向绿色算力产业倾斜。我国绿色产业发展动力强劲，方兴未艾，绿色算力作为其中的重要一环， 对创新型、技能型和应用型人才需求迫切，需要科研机构、高校、行业协会等各方协助，共同建设绿色算力人才队伍。引导数据中心骨干企业将项目建设在风、光资源密集地区，实现新能源发电、储能、数据中心融合发展。发挥软硬件企业各自优势，引导芯片能力与服务器性能相匹配，芯片产业发展与模型算法规模相适应，减少磨合和不兼容等问题，实现算力高效输出。在绿色算力经算网调度传输，赋能工业、交通、金融、互联网等提质增效的过程中，绿色算力已深度融入了产业循环各领域的全周期和全体系。 先导性。绿色算力产业关联系数大，技术联代功能强，可有效带动数字经济发展，孵化高增长企业。绿色算力产业影响力强，是有力支撑各行业早日实现碳达峰与碳中和目标，实现绿色发展的重要引擎。具体来看，绿色算力与能源电力、半导体、集成电路、消 费软件等产业关联密切，可有效带动其他产业向着绿色低碳化发展。从本质上讲，绿色算力具备算力产业和绿色产业二者的双重特征。在赋能下游应用上，绿色算力一方面可支撑如人工智能、大数据、5G、元宇宙等新兴技术发展，以更少的能耗代价进行更大规模的训 5 绿色算力技术白皮书ODCC-2023-0500K 练运算；另一方面可以赋能高耗能产业进行技术改造和降本增效，如带动钢铁、建筑、石化化工等重点领域构建工业互联网，实现工业制造再升级、带动智慧城市建设，提升城市“脑力”，让城市更“智慧”，生活更便利。类比绿色电力和电力，绿色算力与算力的关键区别在于将节能、低碳、循环、高效等理念全面贯彻到算力生产、应用、赋能、消费等各个环节，为算力发展注入“绿色基因”，实现效率最大、环境友好与社会协调发展。 长期性。算力实现全面绿色发展是一项长期的综合性任务，需要稳扎稳打、循序渐